本发明涉及一种用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷及其拉线轮的生产方法，属于新材料技术领域。
背景技术：
陶瓷拉线轮是金属丝线生产设备——拉丝机上的一种关键部件，该产品的质量和稳定性直接影响到所生产的金属丝线的质量和生产效率。氧化钇部分稳定的氧化锆陶瓷(3y-tzp)具有优良的机械性能，具有低热导率、高的强度和韧性、低弹性模量、高抗热冲击性、高工作温度(1100℃)等特性。因此被用于制造狄索尔发动机零件、内燃机零件等。但氧化锆陶瓷(3y-tzp)在高温高湿环境受力时容易产生由表及里的相变而失去其机械性能。陶瓷拉线轮的在使用时会产生100摄氏度以上的温度，同时拉丝液在使用时会产生高温环境，由此会导致氧化锆陶瓷(3y-tzp)拉线轮使用时会产品表面起槽，开裂甚至炸裂等严重质量问题。鉴于此，有必要提供一种对氧化锆陶瓷(3y-tzp)改进的技术和方法，使之在拉丝机设备上的能稳定使用。
技术实现要素：
本发明的目的之一，是提供一种用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷。采用本发明的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷所制得的陶瓷拉线轮的抗弯强度≥1200mpa，断裂韧性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91，拓展了氧化锆材料在该领域的应用，而且提升了材料的机械性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷，由如下重量百分数的原料制成：3y-tzp氧化锆粉体89.75～98.285％、α-氧化铝0.5～5％、氧化镁0.1～0.5％、氧化铈0.6～1.2％、氧化镨0.005～0.2％、偏钒酸铵0.005～0.25％、氧化铒0.005～0.1％和磷酸二氢钙0.5～3％。
在常压下，氧化锆(zro2)共有三种晶型:单斜(monoelinie)氧化锆(m-zro2)、四方(tetragonal)氧化锆(t-zro2)和立方(cubie)氧化锆(c-zro2)，上述三种晶型存在于不同的温度范围，二者可以相互转化：
氧化锆四方相与单斜相之间的转变是马氏体相变，由四方相转变为单斜相时伴有3-5％的体积膨胀和7-8％的切应变，因此，纯氧化锆(zro2)粉料在制得成品过程(从高温到室温的冷却过程)中会发生t-zro2向m-zro2的转变而产生体积变化导致裂纹的产生甚至碎裂。为了抑制冷却过程中的马氏体相变，使高温的四方相保留到室温通常有两种方法，一种是加入适当的稳定剂，另一种使四方相t-zro2保留到室温的方法是降低zro2的晶粒尺寸，当t-zro2的晶粒尺寸小于临界晶粒尺寸rc时，在低于四方相-单斜相相变的起始温度点，四方相仍可存在。
本发明的用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷，以3y-tzp氧化锆粉体为主料，向其中掺杂α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙这些添加剂，起到置换、填隙改性作用协同增韧氧化锆陶瓷的功效，起到改性的作用。一方面，添加剂的掺杂，能够通过溶入晶格形成固溶体所导致的晶格畸变促进烧结；稀土元素铈、镨和铒的加入，可以有效的降低晶粒生长的活化能，改变晶粒取向，生长出纳米晶，同时具有显色作用，使陶瓷呈米黄色。α-氧化铝和氧化镁所形成的镁铝尖晶石，以及富集在晶界的氧化铈都能够对晶界的移动起到钉扎作用，从而抑制晶粒的长大，促进氧化锆陶瓷的晶粒细化。晶粒的细化使得晶界数量增加而且更加曲折，沿晶断裂的时候所经过的路径也就越长，从而提高了韧性。另一方面，添加剂的掺杂，使得平均晶粒尺寸被控制在0.2-0.8μm的相变临界晶粒尺寸范围之内，并且在α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙这些添加剂的联合作用下，使较多体积分数的四方氧化锆晶粒保存到室温，这些晶粒处于基体的约束状态下而能够保持稳定。当氧化锆陶瓷材料受到外力作用时，外力部分解除了基体的约束力，使得t-zro2转变为m-zro2的马氏体相变得以顺利进行，相变的过程中消耗了外加能量抑制了裂纹扩展，从而提高了陶瓷氧化锆材料的韧性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，由如下重量百分数的原料制成：3y-tzp氧化锆粉体97.18％、α-氧化铝1.2％、氧化镁0.1％、氧化铈0.5％、氧化镨0.12％、偏钒酸铵0.05％、氧化铒0.05％和磷酸二氢钙0.8％。
采用上述进一步的有益效果是：上述为最佳参数。采用此参数制得的陶瓷拉线轮的性能最佳，所制得的陶瓷拉线轮的抗弯强度≥1200mpa，断裂韧性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91。
进一步，所述3y-tzp氧化锆粉体的中位粒径为0.3μm,比表面积为8～15cm2/g。
采用上述进一步的有益效果是：可以不用加任何粘合剂、分散剂和增强剂的情况下对氧化锆料进行喷雾造粒，有效减少陶瓷中混入杂质，节省工艺成本，提高生产效率。
进一步，所述α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙的中位粒径均为20～100nm。
采用上述进一步的有益效果是：不用化学法而只用机械混合即能将上述添加剂均匀添加进氧化锆料浆中。
本发明的目的之二，是提供上述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮的生产方法。本发明的制备工艺简单，适于工业化生产，有效提升了3y-tzp陶瓷的机械性能，拓展了其应用领域。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮的生产方法，包括如下步骤：
取如下重量百分数的原料：3y-tzp氧化锆粉体89.75～98.285％、α-氧化铝0.5～5％、氧化镁0.1～0.5％、氧化铈0.6～1.2％、氧化镨0.005～0.2％、偏钒酸铵0.005～0.25％、氧化铒0.005～0.1％和磷酸二氢钙0.5～3％，加入到球磨机中，再加入上述原料重量120％的纯净水和200％的氧化锆磨球，球磨8～10小时成料浆，将球磨后的料浆过滤，过滤后的料浆进行喷雾造粒，造粒后的粉料密封放置12小时，再经等静压成型，车坯，烧结成瓷，最后冷加工，即得所述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述原料的重量百分数为：3y-tzp氧化锆粉体97.18％、α-氧化铝1.2％、氧化镁0.1％、氧化铈0.5％、氧化镨0.12％、偏钒酸铵0.05％、氧化铒0.05％和磷酸二氢钙0.8％。
更进一步，所述3y-tzp氧化锆粉体的中位粒径为0.3μm,比表面积为8～15cm2/g。
更进一步，所述α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙的中位粒径均为20～100nm。
进一步，所述球磨机的内衬为聚氨酯。
进一步，所述过滤的目数为250目。
采用上述进一步的有益效果是：减少杂质混入到氧化锆材料中，并可有效实施喷雾造粒工艺。
进一步，所述等静压成型的压力为200mpa。
采用上述进一步的有益效果是：增加等静压后氧化锆生坯的强度，并可实施车坯作业。
本发明的有益效果：
(1)采用本发明的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷所制得的陶瓷拉线轮的抗弯强度≥1200mpa，断裂韧性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91，拓展了氧化锆材料在该领域的应用，而且提升了材料的机械性能。
(2)本发明的制备工艺简单，适于工业化生产，有效提升了3y-tzp陶瓷的机械性能，拓展了其应用领域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例的用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷，由如下重量百分数的原料制成：3y-tzp氧化锆粉体89.75％、α-氧化铝5％、氧化镁0.5％、氧化铈1.2％、氧化镨0.2％、偏钒酸铵0.25％、氧化铒0.1％和磷酸二氢钙3％，其中，所述3y-tzp氧化锆粉体的中位粒径为0.3μm,比表面积为8～15cm2/g，所述α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙的中位粒径均为20～100nm。
上述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮的生产方法，包括如下步骤：
取如下重量百分数的原料：3y-tzp氧化锆粉体89.75％、α-氧化铝5％、氧化镁0.5％、氧化铈1.2％、氧化镨0.2％、偏钒酸铵0.25％、氧化铒0.1％和磷酸二氢钙3％，加入到内衬为聚氨酯的球磨机中，再加入上述原料重量120％的纯净水和200％的氧化锆磨球，球磨8～10小时成料浆，将球磨后的料浆过滤，过滤的目数为250目，过滤后的料浆进行喷雾造粒，造粒后的粉料密封放置12小时，再经200mpa等静压成型，车坯，烧结成瓷，最后冷加工，即得所述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮。
实施例2
本实施例的用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷，由如下重量百分数的原料制成：3y-tzp氧化锆粉体97.18％、α-氧化铝1.2％、氧化镁0.1％、氧化铈0.5％、氧化镨0.12％、偏钒酸铵0.05％、氧化铒0.05％和磷酸二氢钙0.8％，其中，所述3y-tzp氧化锆粉体的中位粒径为0.3μm,比表面积为8～15cm2/g，所述α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙的中位粒径均为20～100nm。
上述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮的生产方法，包括如下步骤：
取如下重量百分数的原料：3y-tzp氧化锆粉体97.18％、α-氧化铝1.2％、氧化镁0.1％、氧化铈0.5％、氧化镨0.12％、偏钒酸铵0.05％、氧化铒0.05％和磷酸二氢钙0.8％，加入到内衬为聚氨酯的球磨机中，再加入上述原料重量120％的纯净水和200％的氧化锆磨球，球磨8～10小时成料浆，将球磨后的料浆过滤，过滤的目数为250目，过滤后的料浆进行喷雾造粒，造粒后的粉料密封放置12小时，再经200mpa等静压成型，车坯，烧结成瓷，最后冷加工，即得所述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮。
实施例3
本实施例的用于拉线轮的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷，由如下重量百分数的原料制成：3y-tzp氧化锆粉体98.285％、α-氧化铝0.5％、氧化镁0.1％、氧化铈0.6％、氧化镨0.005％、偏钒酸铵0.005％、氧化铒0.005％和磷酸二氢钙0.5％，其中，所述3y-tzp氧化锆粉体的中位粒径为0.3μm,比表面积为8～15cm2/g，所述α-氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化镨、偏钒酸铵、氧化铒和磷酸二氢钙的中位粒径均为20～100nm。
上述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮的生产方法，包括如下步骤：
取如下重量百分数的原料：3y-tzp氧化锆粉体98.285％、α-氧化铝0.5％、氧化镁0.1％、氧化铈0.6％、氧化镨0.005％、偏钒酸铵0.005％、氧化铒0.005％和磷酸二氢钙0.5％，加入到内衬为聚氨酯的球磨机中，再加入上述原料重量120％的纯净水和200％的氧化锆磨球，球磨8～10小时成料浆，将球磨后的料浆过滤，过滤的目数为250目，过滤后的料浆进行喷雾造粒，造粒后的粉料密封放置12小时，再经200mpa等静压成型，车坯，烧结成瓷，最后冷加工，即得所述掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮。
对比试验
将实施例2的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷拉线轮与现有技术中的氧化锆陶瓷拉线轮的性能做对比，具体如表1所示。
表1性能对比
由此可见，本发明所生产的掺杂改性黄色氧化锆陶瓷材料的性能优于一般的氧化锆陶瓷材料，不仅提升了氧化锆陶瓷的机械性能，而且保证其在拉线轮领域的广泛应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。